Pwm inverter kredsløb ved hjælp af TL494

En inverter er et kredsløb, der konverterer jævnstrøm (DC) til vekselstrøm (AC). En PWM-inverter er en type kredsløb, der bruger modificerede firkantbølger til at simulere virkningerne af vekselstrøm (AC), som er egnet til at drive de fleste af dine husholdningsapparater. Jeg siger mest - fordi der generelt findes to typer invertere, den første type er den såkaldte en modificeret firkantbølgeomformer, da navnet antyder, at udgangen er en firkantbølge snarere end en sinusbølge, ikke en ren sinusbølge, så, hvis du forsøger at drive vekselstrømsmotorer eller TRIACS, vil det forårsage forskellige problemer.

Den anden type kaldes en ren sinusbølgeomformer. Så det kan bruges til alle slags vekselstrømsapparater uden problemer. Lær mere om forskellige typer inverter her.

Men efter min mening skal du ikke bygge en inverter som et DIY-projekt. Hvis du spørger hvorfor ?, så kør med !, og i dette projekt vil jeg bygge et simpelt modificeret firkantbølge PWM inverter kredsløb ved hjælp af den populære TL494 chip og forklare fordele og ulemper ved en sådan invertere og i slutningen, vi vil se, hvorfor ikke lave et modificeret firkantbølge inverter kredsløb som et DIY-projekt.

ADVARSEL! Dette kredsløb er kun bygget og demonstreret til uddannelsesmæssige formål, og det anbefales absolut ikke at opbygge og bruge denne type kredsløb til kommercielle apparater.

ADVARSEL! Hvis du laver denne type kredsløb, skal du være ekstra forsigtig med højspændings- og spændingsspidser genereret af den ikke-sinusformede indgangsbølge.

Hvordan fungerer en inverter?

En meget grundlæggende skematisk beskrivelse af inverterkredsløbet er vist ovenfor. En positiv spænding er forbundet til transformatorens midterste ben, der fungerer som en indgang. Og de to andre ben er forbundet med MOSFET'erne, der fungerer som afbrydere.

Hvis vi nu aktiverer MOSFET Q1, strømmer strømmen i en retning af pilen som vist i billedet ovenfor ved at sætte en spænding ved portterminalen. Således vil en magnetisk flux også blive induceret i pilens retning, og transformatorens kerne vil passere den magnetiske flux i den sekundære spole, og vi får 220V ved udgangen.

Hvis vi nu deaktiverer MOSFET Q1 og aktiverer MOSFET Q2, strømmer strømmen i pilens retning vist i ovenstående billede og vender retningen af den magnetiske flux i kernen. Lær mere om funktionen af MOSFET her.

Nu ved vi alle, at en transformer fungerer ved magnetisk strømning. Så når begge MOSFET'er tændes og slukkes, den ene inverteret til den anden og gør det 50 gange på et sekund, genereres en flot oscillerende magnetisk flux inde i transformatorens kerne, og den skiftende magnetiske flux vil inducere en spænding i sekundærspolen som vi kender det til faradays lov. Og sådan fungerer den grundlæggende inverter.

Inverter IC TL494

Lad os nu lære, hvordan PWM-controlleren TL494 fungerer, inden vi bygger kredsløbet baseret på TL494 PWM-controlleren.

TL494 IC har 8 funktionelle blokke, som er vist og beskrevet nedenfor.

1. 5-V reference regulator

5V intern reference regulator output er REF pin, som er pin-14 på IC. Referenceregulatoren er der for at give en stabil forsyning til interne kredsløb som pulsstyring flip-flop, oscillator, dead-time control comparator og PWM comparator. Regulatoren bruges også til at drive fejlforstærkere, der er ansvarlige for at kontrollere output.

Bemærk! Henvisningen er internt programmeret til en indledende nøjagtighed på ± 5% og opretholder stabilitet over et indgangsspændingsområde på 7V til 40 V. Ved indgangsspændinger mindre end 7 V mætter regulatoren inden for 1 V af indgangen og sporer den.

2. Oscillator

Oscillatoren genererer og tilvejebringer en savtandbølge til dødtidsstyringen og PWM-komparatorerne til forskellige styresignaler.

Frekvensen af oscillatoren kan indstilles ved at vælge timing komponenter R T og C T.

Frekvensen af oscillatoren kan beregnes ved hjælp af nedenstående formel

Fosc = 1 / (RT * CT)

For enkelheds skyld har jeg lavet et regneark, som du nemt kan beregne frekvensen med.

Bemærk! Oscillatorfrekvensen er kun lig med udgangsfrekvensen for applikationer med en ende. Til push-pull-applikationer er udgangsfrekvensen halvdelen af oscillatorfrekvensen.

3. Dødtids kontrolkomparator

Den døde tid eller blot at sige off-time kontrol giver den mindste dead time eller off-time. Outputtet fra dead time-komparatoren blokerer for omskiftningstransistorer, når spændingen ved indgangen er større end oscillatorens rampespænding. Anvendelse af en spænding på DTC- stiften kan pålægge yderligere dødtid, hvilket giver yderligere dødtid fra minimum 3% til 100%, da indgangsspændingen varierer fra 0 til 3V. Enkelt sagt kan vi ændre Duty-cyklus for outputbølgen uden at finjustere fejlforstærkerne.

Bemærk! En intern forskydning på 110 mV sikrer en minimum dødtid på 3% med dødtidskontrolindgangen jordforbundet.

4. Fejlforstærkere

Begge højforstærkningsfejlforstærkere modtager deres bias fra VI-forsyningsskinnen. Dette tillader et almindeligt indgangsspændingsområde fra –0,3 V til 2 V mindre end VI. Begge forstærkere opfører sig karakteristisk for en enkelt-endet forsyningsforstærker, idet hver udgang kun er aktiv høj.

5. Indgang til kontrol af output

Udgangsstyringsindgangen bestemmer, om udgangstransistorer fungerer i parallel eller push-pull-tilstand. Ved at forbinde udgangskontrolstiften, som er stift-13, til jord, indstiller udgangstransistorer i parallel driftstilstand. Men ved at forbinde denne pin til 5V-REF-pin indstiller outputtransistorer i push-pull-tilstand.

6. Outputtransistorer

IC har to interne udgangstransistorer, der er i open-collector og open-emitter konfigurationer, hvormed den kan kilde eller synke en maksimal strøm op til 200 mA.

Bemærk! Transistorer har en mætningsspænding på mindre end 1,3 V i common-emitter-konfigurationen og mindre end 2,5 V i emitter-follower-konfigurationen.

Funktioner

Komplet PWM Power-Control Circuitry
Uforpligtede udgange til 200 mA sink eller kildestrøm
Output Control vælger enkelt-endet eller push-pull-handling
Internt kredsløb forbyder dobbeltpuls ved begge output
Variabel dødtid giver kontrol over det samlede interval
Intern regulator giver en stabil 5-V
Referenceforsyning med 5% tolerance
Circuit Architecture tillader nem synkronisering

Bemærk! Det meste af den interne skematiske beskrivelse og driftsbeskrivelse er taget fra databladet og ændret til en vis grad for bedre forståelse.

Komponenter, der kræves

Sl. Nr	Dele	Type	Antal
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Skrueterminal	Skrueterminal 5mmx2	1
4	Skrueterminal	Skrueterminal 5mmx3	1
5	0,1 uF	Kondensator	1
6	50K, 1%	Modstand	2
7	560R	Modstand	2
8	10K, 1%	Modstand	2
9	150K, 1%	Modstand	1
10	Klædt bord	Generisk 50x 50mm	1
11	PSU kølelegeme	Generisk	1

TL494 inverter kredsløbsskema

TL494CN inverter kredsløbskonstruktion

Til denne demonstration er kredsløbet konstrueret på en hjemmelavet PCB ved hjælp af de skematiske og PCB-designfiler. Bemærk, at hvis en stor belastning er forbundet til transformatorens output, vil en enorm mængde strøm strømme gennem PCB-sporene, og der er en chance for, at sporene brænder ud. Så for at forhindre, at PCB-sporene brænder ud, har jeg inkluderet nogle springere, der hjælper med at øge den aktuelle strømning.

Beregninger

Der er ikke mange teoretiske beregninger for dette inverter kredsløb ved hjælp af TL494. Men der er nogle praktiske beregninger, som vi vil udføre i test af kredsløbssektionen.

For at beregne oscillatorfrekvensen kan følgende formel bruges.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Bemærk! For enkelheds skyld gives et regneark, som du nemt kan beregne oscillatorfrekvensen.

Test af TL494 PWM inverter kredsløb

For at teste kredsløbet anvendes følgende opsætning.

12V blybatteri.
En transformer, der har en 6-0-6 hanen og en 12-0-12 hanen
100W glødepære som belastning
Meco 108B + TRMS multimeter
Meco 450B + TRMS multimeter
Hantek 6022BE oscilloskop
Og test-printkortet, hvor jeg har tilsluttet oscilloskopproberne.

MOSFET-indgang

Efter opsætning af TL494-chippen har jeg målt PWM-indgangssignalet til porten til MOSFET, som du kan se på billedet nedenfor.

Transformatorens outputbølgeform uden belastning (jeg har tilsluttet en anden sekundær transformer til at måle outputbølgeformen)

Som du kan se i ovenstående billede, trækker systemet omkring en wapping 12.97W uden nogen belastning.

Så fra ovenstående to billeder kan vi nemt beregne inverterens effektivitet meget let.

Effektiviteten er omkring 65%

Hvilket ikke er dårligt, men det er heller ikke godt.

Så som du kan se, falder udgangsspændingen til halvdelen af det, som vores kommercielle vekselstrømsindgang har.

Heldigvis indeholder transformeren, jeg bruger, en 6-0-6 tapning sammen med 12-0-12 tapning.

Så jeg tænkte, hvorfor ikke bruge 6-0-6 tapingen til at øge udgangsspændingen.

Som du kan se fra ovenstående billede er strømforbruget uden belastning 12.536W

Nu er transformatorens udgangsspænding i dødelige niveauer

Advarsel!!!! Vær ekstra forsigtig, når du arbejder med høje spændinger. Denne mængde spænding kan helt sikkert dræbe dig.

Igen Input strømforbrug, når en 100W pære tilsluttes som en belastning

På dette tidspunkt var de dårlige sonder på mit multimeter ikke tilstrækkelige til at passere gennem 10,23 ampere strøm, så jeg har besluttet at lægge 1,5sqmm ledning direkte i multimeterterminalerne.

Indgangseffektforbruget var 121,94 watt

Igen udgangseffektforbruget, når en 100W-pære tilsluttes som en belastning

Den udgangseffekt, der blev brugt af belastningen, var 80,70W. Som du kan se, lysede pæren meget klart, det er derfor, jeg lagde den ved siden af mit bord.

Så igen, hvis vi beregner effektiviteten, er det omkring 67%

Og nu er spørgsmålet om millioner dollars tilbage

Hvorfor IKKE lave et modificeret firkantbølge inverter kredsløb som et DIY-projekt?

Efter at have set ovenstående resultater skal du tænke på, at dette kredsløb er godt nok, ikke?

Lad mig fortælle dig, at dette slet ikke er tilfældet, fordi

Først og fremmest er effektiviteten virkelig meget dårlig.

Afhængig af belastningen, den udgangsspænding, den udgangsfrekvens, og formen på den bølge ændringer, da der ikke er nogen feedback- frekvens kompensation og ingen LC-filter på udgangen til rene tingene op.

I øjeblikket er jeg ikke i stand til at måle outputpiggerne, fordi pigge vil dræbe mit oscilloskop og den tilsluttede bærbare computer. Og lad mig fortælle dig, at der bestemt er enorme spidser, der genereres af transformeren, som jeg kender ved at se Afrotechmods-videoen. Dette betyder, at tilslutning af inverterudgangen til 6-0-6 V-terminalen nåede toppen til topspændingen på over 1000V, og det er livstruende.

Tænk nu bare på at tænde en CFL-lampe, en telefonoplader eller en 10W-pære med denne inverter, den sprænges straks.

Mange designs, jeg har fundet på internettet, har en højspændingskondensator ved udgangen som en belastning, hvilket reducerer spændingsspidserne, men det fungerer heller ikke. Da spidser på 1000V straks kan blæse kondensatorerne. Hvis du slutter den til en bærbar oplader eller et SMPS-kredsløb, sprænges metaloxid Varistor (MOV) indeni øjeblikkeligt.

Og med det kan jeg fortsætte med ulemperne hele dagen.

Dette var grunden til, at jeg ikke anbefaler at bygge og arbejde med disse typer kredsløb, da det er upålideligt, ubeskyttet og kan skade dig for godt. Selvom vi tidligere har bygget en inverter, der heller ikke er god nok til praktiske anvendelser. I stedet vil jeg fortælle dig at bruge lidt penge og købe en kommerciel inverter, der har masser af beskyttelsesfunktioner.

Yderligere forbedring

Den eneste forbedring, der kan udføres på dette kredsløb, er at smide det helt væk og ændre det med en teknik kaldet SPWM (Sine Pulse Width Modulation) og tilføje korrekt feedback frekvens kompensation og kortslutningsbeskyttelse og mere. Men det er et emne for et andet projekt, som snart kommer forresten.

Anvendelser af TL494 inverter kredsløb

Efter at have læst alt dette, hvis du tænker på applikationer, så fortæller jeg dig i nødsituationer, det kan bruges til at oplade din bærbare telefon og andre ting.

Jeg håber, du kunne lide denne artikel og lærte noget nyt. Fortsæt med at læse, fortsæt med at lære, fortsæt med at bygge, så ser jeg dig i det næste projekt.